허블 딥 필드

로버트 윌리엄스가 이끄는 연구팀이 큰곰자리의 작은 하늘 영역을 대상으로 12월 28일까지 집중 관측을 수행함. 밝은 전경 천체가 적고 지구에 가리지 않는 영역을 골라 WFPC2 카메라로 342회의 노출을 확보함.

관측에는 우주망원경과학연구소 소장의 재량 관측 시간이 사용됨. 연구팀은 약 1년 동안 대상 영역과 관측 방식을 준비했으며, 여러 파장의 영상을 합치고 우주선 흔적을 제거해 희미한 은하를 구분함.

미국천문학회 제187차 학술대회에서 최초 허블 딥 필드 영상이 공개됨. 작은 하늘 영역에 나선·타원·불규칙 형태의 은하가 함께 나타났으며, 당시 발표는 최소 1,500개의 은하를 보고함.

연구팀은 원시 자료와 처리된 자료를 독점 분석 기간 없이 공개하여, 관측을 직접 수행하지 않은 전 세계 연구자도 은하 진화와 우주론 연구에 참여할 수 있게 함. 자료는 여러 파장의 밝기와 은하의 모양을 비교하고 후속 관측으로 거리를 측정하는 데 활용됨.

영상은 하늘 전체가 아니라 작은 표본으로, 다른 영역과의 비교 관측 및 거리 측정이 함께 필요했음.

피에로 마다우와 공동 연구자들이 허블 딥 필드 영상에서 적색편이 2~4.5의 별 형성 은하를 선별한 논문을 arXiv에 공개함. 당시 분광 관측으로 거리를 재기 어려울 만큼 희미한 은하들의 분포를 통계적으로 조사하려는 연구였음.

은하 사이의 수소가 특정 파장 이하의 빛을 흡수하여 일부 필터 영상에서는 천체가 사라지는 ‘드롭아웃’ 특성을 이용함. 별의 나이·금속 함량·먼지와 적색편이를 달리한 모형을 비교하고, 이미 분광 적색편이가 알려진 은하로 색 선택 기준을 점검함.

이렇게 고른 표본의 자외선 빛을 이용해 초기 우주의 별과 원소 형성 역사를 연구함. 개별 은하마다 분광 거리를 확정한 목록이 아니라, 흡수와 별빛 모형을 이용해 구축한 고적색편이 표본임.

남천의 큰부리새자리 영역을 관측한 허블 딥 필드 사우스가 공개됨. 우주망원경과학연구소와 고더드 우주비행센터 연구팀이 그해 10월 약 열흘 동안 얻은 영상으로, 북천의 최초 딥 필드와 다른 방향의 은하 분포를 비교할 수 있는 자료임.

나선은하·타원은하뿐 아니라 충돌 중인 불규칙한 은하들이 포함됨. 가시광선과 적외선 영상, 퀘이사 빛의 흡수 스펙트럼을 함께 사용해 은하와 그 사이의 물질을 조사함.

약 100만 초의 관측 자료를 결합한 허블 울트라 딥 필드가 공개됨. 화로자리의 작은 영역에 약 1만 개의 은하가 담겼으며, ACS와 근적외선 카메라 NICMOS의 자료를 함께 사용함.

2002년 정비 임무에서 설치된 ACS는 이전 WFPC2보다 시야가 두 배 넓고 감도가 높았음. 연구팀은 이 장비로 초기 은하의 형태와 분포를 조사하고, 첫 세대 천체들이 중성 수소로 채워진 우주를 다시 이온화하는 데 어떤 역할을 했는지 연구하고자 함.

가까운 나선·타원은하와 작고 불규칙한 초기 은하가 함께 나타났으며, NICMOS는 우주 팽창으로 빛의 파장이 길어진 천체를 탐색함. 당시 발표에서 제시한 가장 먼 은하 후보 일부는 후속 관측으로 확인이 필요했으며, 붉은색에는 거리뿐 아니라 먼지와 별의 구성도 영향을 미침.

HUDF09 연구팀이 허블에 새로 설치된 WFC3의 근적외선 관측으로 얻은 울트라 딥 필드 영상을 공개함. 그해 여름부터 확보한 약 17만 3천 초의 노출을 이용해 기존 가시광선 영상과 같은 영역을 더 긴 파장에서 조사함.

먼 은하에서 출발한 자외선·가시광선은 우주 팽창으로 근적외선에 도달하므로, 더 오래 가시광선만 촬영하는 것으로는 탐색 범위를 충분히 넓힐 수 없었음. 새 검출기로 파장 범위를 확장해 초기 은하의 성장 과정을 연구함.

관측팀은 자료를 전 세계 연구자에게 제공했으며, 발표 당시 새 자료를 이용한 논문 12편이 3개월 동안 제출됨. 공개 영상의 색은 눈으로 보이지 않는 세 근적외선 대역을 파랑·초록·빨강에 대응시킨 것임.

울트라 딥 필드 중앙 영역의 관측 자료를 약 10년치 결합한 익스트림 딥 필드(XDF)가 공개됨. 더 작은 시야에 약 5,500개의 은하를 담았으며, 가시광선과 근적외선 관측을 합쳐 희미한 천체에 대한 감도를 높임.

한 번의 새로운 촬영이 아니라 여러 관측 프로그램이 축적한 영상을 재처리한 결과임. 영상에 나타난 은하들은 서로 다른 거리와 시기의 모습으로, 초기의 작고 불규칙한 은하와 가까운 은하를 비교하는 데 사용됨.

허블 울트라 딥 필드에 자외선 자료를 보완한 HUDF 2014 영상이 공개됨. 2003년부터 2012년까지 ACS와 WFC3로 얻은 노출을 합쳐 자외선에서 근적외선까지 파장 범위를 확장함.

이전 관측은 가까운 우주의 별 형성과 매우 먼 초기 은하를 조사했지만, 그 사이 시기의 별 형성을 추적할 자외선 자료가 부족했음. 해리 테플리츠 연구팀은 뜨겁고 젊은 별이 강하게 내는 자외선을 측정해, 은하의 어느 부분에서 별이 만들어지는지 가시광선·근적외선 영상과 비교함.

지구 대기에 가려지는 자외선을 우주망원경으로 관측하여 기존 자료의 파장 공백을 보완한 연구. 은하 전체의 밝기뿐 아니라 내부의 별 형성 영역을 구분하는 자료가 됨.

유럽남방천문대의 초거대망원경(VLT)에 설치된 MUSE를 이용한 연구팀이 허블 울트라 딥 필드의 약 1,600개 은하에 관한 거리·물성 측정 결과를 발표함. 허블 영상에서 검출되지 않았던 72개 광원도 분광 관측으로 확인했으며, 연구 결과는 학술지 특별호의 논문 10편으로 발표됨.

빛을 파장별로 나누는 관측을 기존 허블 영상과 결합해 별 형성과 은하 운동을 조사한 연구임. 깊은 영상에도 관측 파장과 검출 방법에 따라 놓치는 은하가 있음을 보여 주었으며, 기존 영상 자료의 재사용과 지상망원경의 후속 측정이 함께 이루어짐.

알레한드로 보를라프와 공동 연구자들이 허블 울트라 딥 필드의 근적외선 원자료를 다시 처리한 ABYSS 연구 논문을 arXiv에 공개함. 기존 영상 처리에서 제거되었던 은하 외곽의 낮은 표면밝기 구조를 복원한 연구로, 이후 《Astronomy & Astrophysics》에 게재됨.

종전의 관측·처리는 멀리 있는 작고 분해되지 않는 천체를 찾는 데 초점을 두었으며, 넓게 퍼진 은하 외곽의 빛 일부가 배경으로 간주되어 과도하게 제거됨. 연구팀은 검출기 감도 보정, 잔상 모형, 하늘 배경 추정과 영상 합성 방법을 함께 수정함.

새 노출을 추가하는 대신 이미 축적된 관측의 처리 방식을 바꾸어 희미한 구조를 회복함. 같은 원자료에서도 배경 제거 방식에 따라 은하의 외곽과 전체 빛의 측정 결과가 달라질 수 있음을 다룬 분석임.

16년 동안 축적한 약 7,500회의 노출을 결합한 허블 레거시 필드가 공개됨. 울트라 딥 필드와 익스트림 딥 필드 등 여러 탐사 영역을 포함하며, 약 26만 5천 개의 은하가 담긴 모자이크 영상임.

자외선부터 근적외선까지의 자료를 넓은 영역에 걸쳐 통합함. 가장 깊은 한 지점만 관측한 XDF보다 넓은 하늘을 보여 주어, 은하의 변화와 분포를 더 큰 표본으로 연구할 수 있는 자료가 됨.

JADES 연구팀이 허블 울트라 딥 필드와 그 주변을 제임스 웹 우주망원경으로 관측하여 적색편이 10을 넘는 은하 네 개의 분광 측정 결과를 발표함. 이 중 두 개는 적색편이 약 13으로, 당시 분석에서 빅뱅 후 약 3억 3천만 년 무렵에 해당함.

여러 망원경의 관측이 축적된 영역을 NIRCam의 아홉 적외선 대역으로 촬영한 뒤, NIRSpec으로 희미한 은하 약 250개의 빛을 28시간 모아 파장별로 조사함. 색만으로 고른 먼 은하 후보에는 가까운 천체가 섞일 수 있어, 수소 흡수에 따른 스펙트럼의 급격한 변화 위치로 거리를 검증함.

카메라와 분광기 개발팀이 공동 관측 프로그램을 구성하여 영상 선별과 거리 측정을 결합한 결과. NASA는 이날 소개한 연구가 아직 동료평가를 거치지 않은 진행 중의 성과임을 명시함.